长距离钢丝绳拉扯力检测系统的制作方法

本实用新型涉及拉力检测领域，具体是一种长距离钢丝绳拉扯力检测系统。

背景技术：

现有的拉力检测装置的使用原理是在待测物上施加拉力，然后对拉力进行检测，只能实现拉力检测，无法同时实现压力检测的功能。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种长距离钢丝绳拉扯力检测系统，可将竖直的拉力和压力转换成水平的拉力，实现快速检测的功能。

本实用新型的技术方案为：

长距离钢丝绳拉扯力检测系统，包括有拉力传感器和钢丝绳；所述的拉力传感器包括有基体，基体的上端面上设置有凸起，凸起上设置有拉力盲孔，基体相对的前、后端面上均设置有受力盲孔，且两端面的受力盲孔同轴相对设置，受力孔内均设置有电阻应变片，所述的基体两个受力盲孔所在部分为工字梁结构；所述的钢丝绳上套装有多个吊环，每个吊环与固定的对应支座连接，所述的钢丝绳的一端与拉力传感器的拉力盲孔固定连接，另一端缠绕于定滑轮下坠后与一砝码固定连接。

所述的基体相对的前、后端面上均设置有两个受力盲孔，前端面上的两个受力盲孔与后端面上的两个受力盲孔一一同轴相对设置，基体四个受力盲孔所在部分形成两个工字梁结构。

所述的四个受力盲孔内均设置有电阻应变片，四个电阻应变片连接组成惠斯通电桥。

所述的多个吊环中，邻近砝码的吊环与定滑轮为一体化结构，此吊环为环形结构，外圈为滑轮轨道，钢丝绳的另一端缠绕于滑轮轨道下坠后与一砝码固定连接。

所述的钢丝绳的直径为2.5-3.5mm，吊环的真径为9-11mm。

所述的钢丝绳水平部分的长度为100-200m，相邻吊环之间的距离为2-5m。

所述的拉力盲孔内螺合有螺栓，螺栓的头部上固定设置有拉环，钢丝绳的一端与拉环连接。

本实用新型的优点：

一旦有物体向钢丝绳施加压力或是拉力时，钢丝绳即会向压力的相反方向或拉力的方向进行拉扯，从而钢丝绳传递拉力信号给拉力传感器，拉力传感器将信号发送给单片机，单片机将分析的力值发送给显示器进行显示或是控制报警器进行报警，本实用新型可将竖直的拉力和压力转换成水平的拉力，实现快速检测的功能；相邻吊环之间的距离设置确保两个相邻吊环之间受到的拉扯力只是这段距离的钢丝绳受到垂直的拉扯力，而这两个吊环外的其它钢丝绳只受到水平的拉力，即受拉扯力区段的钢丝绳的垂直的拉扯力，通过邻近的两个吊环而使钢丝绳到拉力传感器之间的拉力变为水平的拉力，消除了因长距离钢丝绳的张力影响到测量准确性。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型拉力传感器的主视图。

图3是本实用新型拉力传感器的后视图。

图4是本实用新型拉力传感器的俯视图。

图5是本实用新型受到垂直压力时的状态图。

图6是本实用新型受到垂直拉力时的状态图。

图7是荷柱式梁的力学模型示意图。

图8是本实用新型工字梁部分的应变区位置及应力分布图。

图9是本实用新型惠斯通电桥的结构示意图。

图10是环境变化时测量数据图。

图11是外力变化时测量数据图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

见图1，长距离钢丝绳拉扯力检测系统，包括有拉力传感器02和钢丝绳01；见图 2-4，拉力传感器02包括有基体21，基体21的上端面上设置有凸起22，凸起22上设置有拉力盲孔23，基体21相对的前、后端面上均设置有两个受力盲孔24，基体21前端面上的两个受力盲孔24与后端面上的两个受力盲孔24一一同轴相对设置，四个受力盲孔24 内均设置有电阻应变片，四个电阻应变片连接组成惠斯通电桥，基体四个受力盲孔24所在部分形成两个工字梁结构；钢丝绳01上套装有多个吊环03，每个吊环03与固定的对应支座04连接，拉力传感器02拉力盲孔内螺合有螺栓，螺栓的头部上固定设置有拉环，钢丝绳01的一端与拉环连接，另一端与一砝码05固定连接，邻近砝码05的吊环03的外圈为滑轮轨道，钢丝绳01的另一端缠绕于滑轮轨道下坠后与一砝码05固定连接。

其中，钢丝绳的直径为2.5-3.5mm，吊环的真径为9-11mm，钢丝绳水平部分的长度为100-200m，相邻吊环之间的距离为2-5m。

图5为钢丝绳01受到外压力冲击时(视为垂直压力)，通过受力区间邻近的两个吊环 03的定位功能，使钢丝绳01到拉力传感器02的拉力变为水平的拉力。图6为垂直拉力变为水平拉力。

拉力传感器力学模型：

拉力传感器可简化成两端受力集中载荷剪切梁或柱式梁，力学模型示意图7。

中间受力载荷作用的应力计算：

梁的剪应力及剪应变计算：

剪切梁传感器的一般均在应变梁的拐点加二个受力盲孔(局部形成工字梁)，其剪应力可用茹拉夫斯基公式进行计算：

局部工字梁结构的应变区位置及应力分布如图8如示。

式中:

剪力Q

剪切截面对中轴的静矩S_y

剪切截面对中轴的惯矩J_y

则

45°方向的主应力和主应变计算，沿梁中线轴成45°方向压力的长度变化，正是纯剪切力状态下的主应力方向，其主应力与最大剪切力，主应变与最大剪应变的在下列关系：

传感器灵敏度计算：

式中：K――电阻应变片灵敏系数

拉力传感器核心电路--惠斯顿电桥：

测量电路是惠斯通电桥电路，简称测量电桥。测量电桥由于具有灵敏度高、测量范围宽、电路结构简单、精度高、容易实现温度补偿等优点，因此能很好地满足应变测量的要求。惠斯通电桥根据电源的性质分直流电桥和交流电桥两种，当Ui为直流时该电桥为直流电桥，电桥电路如图9所示。

R为应变片阻抗，传感器在受到外力作用的时候会产生形变，引起紧贴在传感器内部壁上的应变片阻抗线性增加或减小。在有外部供电(3—12VDC)的情况下，输出的差分级mv信号也线性增加减小，传感器通过组桥、调零、配平灵敏度、温补等之后，输出的信号＝供电电压x灵敏度，比如稳压电源是10VDC，传感器灵敏度是1.5mv/V，传感器到满量程时输出的电压＝10x1.5＝15mv，如果需要0-5V(4-20mA等)标准模拟信号需要配信号转换器(变送器)。

传感器技术参数：

量程：0—200kg(可以按使用要求扩大缩小量程)

准确度:0.2％FS

工作电压：12VDC

输出信号：(0-10)mV

工作温度：-20℃-70℃

极限压力：≥300kg

输入阻抗：700±20Ω

输出阻抗：700±5Ω

绝缘电阻：≥5000MΩ

非线性：±0.3％F·S

滞后：±0.3％F·S

重复性：±0.5％F·S。

受力分析：

钢丝绳连接的拉力传感器能够测量出钢丝绳所受到的拉力和压力。但由于长距离的钢丝绳在自然界使用中会因为刮风、下雨和其它因素的影响而使钢丝绳产生晃动和振动，所以要分析被测对象和环境干扰对测量结果的影响程度。

、环境变化对测量结果的影响：

图10是环境变化时，加在钢丝绳上的各种作用力，导致传感器测量数据的变化图。从图 10中可以看到，以平衡物10kg计算，钢丝绳处于“静止”状态时，传感器受到的拉力转换成测量电压约2mV，即钢丝绳处于10kg的拉力时，传感器输出约2mV。当刮大风时，风对钢丝绳的最大值影响约3.8mV；固定物体本身的晃动和振动对钢丝绳的最大值影响约 3.5mV。

、外力变化对测量结果的影响

图11是钢丝绳受到外力拉扯变化时，加在钢丝绳上的拉扯作用力导致传感器测量数据的变化图。从图11中可以看到，以平衡物10kg计算，钢丝绳处于静止状态时，传感器受到的拉力转换成测量电压约2mV，即钢丝绳始终处于10kg的拉力时，传感器输出约2mV。当刮大风时，风对钢丝绳的影响约3.8mV；固定物体本身的晃动和振动对钢丝绳的影响最大值约3.5mV。而钢丝绳受到外力超过60kg时，传感器输出信号超过6mV以上。以此判断，只要钢丝绳受到的拉扯力超过60kg，测量系统就可以判断是自然界影响的检测信号还是真正被测信号。把这个信号引入报警系统中，实现报警功能。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。